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Physiologie métabolique du vieillissement Pr. Yves Boirie Unité de Nutrition Humaine, CRNH Auvergne Service de Nutrition Clinique, CHU Clermont-Ferrand DIUE de Nutrition Clinique et M DIUE de Nutrition Clinique et M DIUE de Nutrition Clinique et M DIUE de Nutrition Clinique et Mé é étabolisme tabolisme tabolisme tabolisme _______________________________________ 25 Novembre 2010

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Physiologie métabolique du vieillissement

Pr. Yves Boirie

Unité de Nutrition Humaine, CRNH Auvergne

Service de Nutrition Clinique, CHU Clermont-Ferrand

DIUE de Nutrition Clinique et MDIUE de Nutrition Clinique et MDIUE de Nutrition Clinique et MDIUE de Nutrition Clinique et Méééétabolismetabolismetabolismetabolisme

_______________________________________ 25 Novembre 2010

Répartition de la population fran çaise

Dans les années 1900 : 40 % des Français atteignaient 65 ans et +Actuellement : 80 % des Français atteignent 65 ans et +

0

10

20

30

40

50

60

70

19501990

19952000

20052010

20152020

20252030

20352040

20452050

Population (en millions)

0-19 ans (en %)

20-59 ans (en %)

60 ans et plus (en %)

Source : Bilan démographique 2002 – Bulletin mensuel de l’INSEE – janvier 2003Projection de la population à l’horizon 2050 – INSEE Première – mars 2002

En 2050, 1 personne sur 3 sera âgée de + de 60 ans

L’espérance de vie sera de 80,0 ans pour les hommes

et 87,0 pour les femmes

Physiologie du vieillissement

� Qu’est ce que le vieillissement ?

� Changement de composition corporelle

� Perturbations du contrôle hom éostasique

et des m étabolismes

� Modifications hormonales

Qu’est ce que le vieillissement ?

Population

Population

Individus

Qu’est ce que le vieillissement ?

Population

Individus

Tissus

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Age (ans)

% d

epui

s na

issa

nce

ou 3

0 an

s

Accommodation

Débit sanguin rénal

Index cardiaque

Travail physique Maximal

Audition (Hte fréquence)

Influx Nerveux

Capacité Respiratoire

Qu’est ce que le vieillissement ?

Elia M, 1992

0 %

20 %

40 %

60 %

80 %

100 %

others

Muscle 28%

Heart 10%

Kidney 7%

Liver 25%

Brain 20%

0

31-4

0

51-6

0

> 70

21-3

0

41-5

0

61-7

0

Age groups

Population

Individus

Tissus

Tissues %BMR

Qu’est ce que le vieillissement ?

Qu’est ce que le vieillissement ?

Population

Individus

Tissus

Cellules

Déséquilibres des systèmes : • Défenses immunitaires • Changements hormonaux • Stress oxydants/antioxydants• Fonctions mitochondriales• Voies de signalisation cell.

Qu’est ce que le vieillissement ?

• Dommages de l’ADN et méthylation• Modifications post-traductionnellesdes protéines

• Peroxydation Lipidique des membranes

• Formation de pigments et de complexes liposacharidiques

Population

Individus

Tissus

Cellules

Molécules

Population

Individus

Tissus

Cellules

Molécules

• Théories génétiques :

programmation par la machineriecellulaire (sénéscence)

• Théories des dommagescellulaires:

accumulation des effets toxiques, de l’environnement, des produitsdu métabolisme, des radicauxlibres (métabolisme aérobie)

Qu’est ce que le vieillissement ?

Le vieillissement

• Vieillissement caractérisé par de nombreuses modifications physiologiques, une diminution des facultés d’adaptation y compris sur le plan nutriti onnel

• Sujets âgés très sensibles à toute diminution de leu rs apports ou toute augmentation de leurs besoins

• L’homme vieillissant passera inéluctablement d’un é tat de bonne santé à un état de fragilité liée à une perte de certaines capacités puis à un état de pathologies multiples

Vieillissement : un projet de santéRôle de la prévention nutritionnelle

Sarcopénie

Ostéoporose

Diabète type 2

MCV

Cancer

Prévention

Dysfonction MaladiePhysiologie

VULNERABILITE ACCRUE

Physiologie du vieillissement

� Qu’est ce que le vieillissement ?

� Changement de composition corporelle

� Perturbations du contrôle hom éostasique

et des m étabolismes

� Modifications hormonales

25

50

75

100

Com

posi

tion

corp

orel

le (

%)

Masse grasse

Masse maigrenon musculaire

Masse musculaire

jeunes(20-35)

adultes(45-60)

âgés(65-80)

Évolution de la composition corporelle

Entre 20 et 70 ans ���� masse grassede 18-25% à 35-40% chez les femmes

de 13-18% à 30-35% chez les hommesCohn SH, 1980Flynn MA, 1989

Tissus adipeux périviscéral et

intermusculaire

25

50

75

100

Com

posi

tion

corp

orel

le (

%)

Masse grasseMasse grasse

Masse maigrenon musculaire

Masse musculaire

jeunes(20-35)

adultes(45-60)

âgés(65-80)

Entre 30 et 70 ans ���� masse musculaire

de 30% à 22% chez les femmes

de 40% à 34% chez les hommes

Évolution de la composition corporelle

Mesurer la masse musculaire ?

La taille et le poids ne suffisent pas !

Circonférences des membres sup et inf

Impédancem étrie DEXACT scan

Mesure de la masse musculaire ?

Une perte musculaire spécifique…

Concerne surtout les membres inférieurs

���� Du nombre de fibres de type II (contraction rapide et métabolisme glycolytique)

20 30 40 50 60 70 80 90

Age

25

50

75

100

For

ce /

mas

se m

uscu

laire

(%

du

pic)

25

50

75

100

20 30 40 50 60 70 80 90

Age

For

ce m

uscu

laire

rel

ativ

e(%

du

pic)

20 30 40 50 60 70 80 90

Age

25

50

75

100

For

ce /

mas

se m

uscu

laire

(%

du

pic)

25

50

75

100

20 30 40 50 60 70 80 90

Age

For

ce m

uscu

laire

rel

ativ

e(%

du

pic)

Diminution relative de la force maximale du muscle de la cuisse (haut) et de la force normalisée pour la surface du muscle de la cuisse (bas) avec l’âge.

D’après Lindle, 1997.

…associée à une perte de force

D’après Sayer AA, J Nutr Health Aging 2008

âge

Évolution de la masse musculaire

enfant adulte âgé

Retarder la perteMaintenir la masseDévelopperla masse

Variation de masseet de fonction entre les individus

Sarcopénie ou « sarcoporose » ?

Seuil critique ?- morphologique ?- fonctionnel ?

âge

enfant adulte âgé

Retarder la perteMaintenir la masseDévelopperla masse

D’après Sayer AA, J Nutr Health Aging 2008

Implication de la perte musculaire dans l’état de santé

Perte musculaire

Faiblesse musculaire

Risque accrude chutes

RéductionActivités

Fractures Hanches et autres

Densitéosseuse

Dépense E Ox lipidique

Accumulation lipidiqueObésité centrale

Insulinorésistance

Incidencediabète type 2

AA

Immunité

Implication de la perte musculaire dans l’état de santé

Perte musculaire

MobilitéChute

FractureOstéoporose

Diabète type 2

ImmunitéFonctions

Cardio-respiratoires

Implication de la perte musculaire dans l’état de santé

Perte musculaire

MobilitéChute

FractureOstéoporose

Diabète type 2

ImmunitéFonctions

Cardio-respiratoires

Dépendance Autonomie

L’obésité sarcopénique conditionne la survie chez des patients cancéreux

Prado CCM, Lancet Oncol 2008

� 325 patients obèses avec K poumon ou GI

� 64 ans, IMC 34,3

� 15% sarcopéniques

(CT scan - L3)

� conséquences sur :

statut fonctionnel, survie et toxicitéchimiothérapique

Cruz-Jentoft AJ, Age & Ageing 2010

+

Sarcopenia: European Consensus on Definition and Diagnosis

� masse musculaire : Anthropom étrieBIA, DEXA

� force : Préhension (grip test)

� performance : Vitesse de marche (4m)SPPB (vitesse de marche, lever de chaise,

balance test)Get-up-and-go

Cruz-Jentoft AJ, Age & Ageing 2010

sujet âgé(> 65 ans)

Mesurevitesse de marche

< 0.8 m/s> 0.8 m/s

MesureForce préhension

NormalBasse

Pas desarcopénie

MesureMasse musculaire

BasseNormal

Pas desarcopénie

Sarcopénie

Proposition d’un algorithme pour le dépistage de la sarcopenie chez les sujets âgés

Cruz-Jentoft AJ, Age & Ageing 2010

Incomplete recovery of lean body mass

Lean

Bod

y M

ass

MorbidityMortality

Years65 85807570

Is aging associated with less ability to adapt and/or to recovery from metabolic, septic or physical stress?

Perte de la masse osseuse

50 ans 70 ans30 ans

( Mas

s e o

s seu

s e)

30 Years

Seuilfracturaire

2 paramètres critiques : - la valeur maximale de la ma sse osseuse- la vitesse de perte au cours du vieillissement

Acquisition de la masse osseuse

Ostéoporose

1%3-5% Vitesse de perte

Phase de perte osseuse, l’ostéopénie

Résorption

Formation

L’ostéoporose : un problème majeur de santé publique

Une prévalence élevée

France3 millions patients

Monde1/3 femmes 60-70 ans2/3 femmes > 80 ans

Une prévention limitée

Polémique autour du THSVolonté des femmes vers « un retour à la naturalité »

Des perspectives inquiétantes

Projection du nombre de fractures (pour 1000 sujets)

10

60

80

0

20304050

70

90100

1995 2000 2010 2020 2030 2040 2050

FemmesHommes

Nécessité de stratégies alternatives

Femme 50 ans : 40% de risque de développer une fracture

STATUT EN HORMONES SEXUELLES- Hypogonadisme- Puberté tardive- Ménopause précoce

ANTECEDENTS FAMILIAUX DE FRACTURES

AGE

SEXE FEMININ

ETHNIE

FAIBLE RAPPORTPOIDS/TAILLE

MEDICAMENTS- Corticothérapie

MALADIES- Hyperparathyroïdisme- Diabète

SEDENTARITE &IMMOBILISATION

FACTEURS NUTRITIONNELS- Carence en calcium- Carence en vitamine D- Régime hyperprotéique

HYGIENE DE VIE- Alcoolisme- Tabagisme

(Masse osseuse)30 Years

Seuilfracturaire

Les facteurs de risque d’ostéoporose

Facteurs de risque pouvant être corrigés

Physiologie du vieillissement

� Qu’est ce que le vieillissement ?

� Changement de composition corporelle

� Perturbations du contrôle hom éostasique

et des m étabolismes

� Modifications hormonales

Black, Eur J Clin Nutr 1996

Évolution de la d épense énerg étique totale

10

8

6

4

2

0

Métabolisme de Base

(MB)

Thermogénèsepostprandiale

ActivitéPhysique

Autres (NEAT)

10%

20-30%

60-70%

(MJ.d -1)

Energy requirements fall with advancing age because of:

• changes in body composition - muscle mass decreases= 2% decline in metabolic rate per decade

• a progressive decreased in physical activity

Déterminants de la d épense énerg étique

Daily energy requirements for healthy adults

MEN

age

averagebodyweight PAL

Kg MJ/d kcal/d MJ/d kcal/d

18.00 – 29.99 64.03 6,930 1656 1.75 12,093 2890

30.00 – 59.99 64.03 6,726 1608 1.75 11,738 2805

60 and over 64.03 5,596 1338=20.9/kg

1.75 9,766 2334=36.4/kg

WOMEN

18 - 29.99 55.4 5,471 1245 1.75 9,854 2355

30.00 – 59.99 55.41 5,422 1296 1.75 9,461 2261

60 and over 55.41 4,861 1162=20.9/kg

1.75 8,482 2027=36.6/kg

Basal Metabolic Rate

average dailyenergyrequirements

FAO/WHO/UNU, Food and Nutrition Technical Report 2001

vieillissement : apports réduits ou besoins accrus ?

Pertemuscle

ActivitéPhysique

VO2 max

Vitessemarche

DépendanceAutonomie

Ostéoporose

Insulino-Résistance

DépenseÉnergétique

de repos

Apports énergétiques?Apports protéiques?

DépenseÉnergétique

Métabolisme des glucides

60

80

100

120

140

160

180

0 30 60 90 120

Temps (minutes)

Glucose (mg/dL) Jeunes

Agés

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120Temps (minutes)

Insuline (µµµµU/mL)

JeunesAgés

*

* *

*

Lors d’une hyperglycémie provoquée par voie orale….

Prévalence du diabète traité selon l’âge et le sexe en 2009 (régime général d’assurance maladie)

BEH, novembre 2010

1 diabétique sur 4 est âgé de plus de 75 ans

20 %

Métabolisme des glucides

P=0.002

Jeunes Agés

Utilisation du glucose(µmol/min/kg MM)

0

10

20

30

40

Petersen et al, Science 300:1140, 2003

P=0,002

123456789

0 10 20 30 40

Glu

cose

upt

ake

(m

g/kg

FF

M/m

in

Hommes jeunesFemmes jeunes

plasma insulin (µU/ml)

Hommes agésFemmes agées

Boirie Y, JCEM 2001

L’excès de tissu adipeux viscéral favorise l’insulinorésistance

���� TissuAdipeuxViscéral

AGL : Acides Gras Libres

Foie ���� Productionde glucose

���� Extractionde l’insuline

Hyper-insulinémie

Muscle squelettique

Insulino-résistance

���� Utilisationde glucose

� Lipidesintramusculaires

���� AG libres, Adipokines���� Adiponectine

Triglycerides intramyocellulaireset intrahépatiques chez le sujet âgé

Trig

lyce

rides

Intr

amyo

cellu

laire

s(%

)

Trig

lyce

rides

Hép

atiq

ues

(%)

Jeunes AgésJeunes Agés

P < 0,03

1,6

1,2

0,4

0,8

2,0

1,5

0,5

1,0

P < 0,006

Petersen et al, Science 300:1140, 2003

Excès de lipolyse par le tissu adipeux ou diminution de l’oxydation des acides gras ?

H+

ADP ATP

H+

TCA

H+

H2OO2

? ?

CO2

Lipolyse ? Ox. mitochondriale ?

Métabolisme des lipides

Cholestérolémie ����

� LDL-cholestérol

Triglycéridémie ����

� Clairance des LDL

� Activité des récepteurs des LDL dans le foie

� Activité de la lipoprotéine lipase

� Clairance des VLDL

� VLDL

Métabolisme des protéines

AALibres

(70 g)

Protéines(10 kg)

Synthèse

Apports

Protéolyse

Oxydation

S P

Balance =

SP

Balance +

SP

Balance -

Inhibitionpar l’insuline et les AA

Stimulation par les AA

Métabolisme protéique au niveau musculaireP

roté

ines

sy

nthé

tisée

s(m

g/j)

Adultes Âgés

15

20

25

30

*

Adultes Âgés

0,2

0,4

0,6

0,8

*

nmol

tyro

sine

/mg

prot

éine

s/h

Il existe un déficit anabolique suite à la prise ali mentaire dans le muscle de sujets âgés

Synthèse protéique Dégradation protéiqueA jeûn

Post-prandial

Biodisponibilité Muscle

AA

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines

Absorption

AA

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?La sarcopénie peut résulter d’une moindre réponse

du m étabolisme protéique musculaire en raison de troubles

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines 30% des femmes âgées en Europe ont des apports protéiques < 1g/kg/j

Augmentation des ANC protéiques = 1 g/kg/j

(ANC, 2001 et AFSSA 2007)

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines

Absorption

AA

AA

Utilisation des AA • Synthèse• Oxydation• Conversion• Uréogénèse

Augmentation de la séquestration splanchnique des AA avec l’âge

Extraction Splanchnique des AA

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?

Biodisponibilité Muscle

AA

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines

Absorption

AA

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?

Sensibilité du muscle à l’effet des AAsur les voies de synthèse et de dégradation protéique

Résistance à l’effet de la leucine sur la synthèse musculaire

Biodisponibilité Muscle

AA

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines

Absorption

AA

Insuline

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?

Résistance à l’effet de l’insuline sur la synthèse musculaire

Biodisponibilité Muscle

AA

Apports

Repas

GlucidesLipides

Protéines

Absorption

AA

Sarcop énie: un d éfaut postprandial ?

AA ?

Métabolisme des protéines

Altérations du renouvellement des protéines musculaires

���� Masse et force musculaire au cours du

vieillissement Hormones•androgènes

Acides aminés spécifiques : leucine

Protéines•Quantité•Qualité•Vitesse•Rythme

Exercice physique•en résistance Synthèse

protéique musculaire

Physiologie du vieillissement

� Qu’est ce que le vieillissement ?

� Changement de composition corporelle

� Perturbations du contrôle hom éostasique

et des m étabolismes

� Modifications hormonales

Importance de l’activité physique pour prévenir l’ap parition de l’insulino-résistanceet le développement d’un diabète de type 2

Insulino -résistance et âge

Sécrétion normale

Insuline

mais résistance périphérique à l’insuline au niveau du muscle squelettique

���� utilisation de glucose due à une réduction du nombre de transporteurs GLUT4

moindre inhibition de la dégradation des protéines

(mg.

ml/µ

U.k

gMM

.min

)

0.04

0.08

0.12

0.16

0.20

*

Utilisation de glucose

Sujets âgés résistants à l’insuline

Sujets âgés sensibles à l’insuline

-0.03

-0.02

-0.01

(µm

ol.m

L/µU

.kgM

M.m

in)

#

Inhibition de la protéolyse

Guillet C, JCEM 2004

Effets de la DHEA

DIABETES, VOL. 56, 2007

Autres effets potentiels sur les fonctions cognitiv es,

la sarcopénie,

l’ostéoporose,

l’athérosclérose….

Il existe de multiples perturbations m étaboliques associées au

vieillissement affectant l’ensemble des organes et d ont la

connaissance peut permettre d’élaborer des stratégies de

prévention efficaces, notamment par voie nutritionnel le,

afin de prévenir ou limiter le déclin de certaines fo nctions

physiologiques et assurer ainsi une meilleure qualité de vie

Conclusion

MERCI